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  • 非線性光學激光加工技術中紅外交叉光梳光譜切割技術
    來源: 好利威激光   發布時間: 2023-09-12 13:08   271 次瀏覽   大小:  16px  14px  12px
    激光切割加工為時域中的CCS。目標脈沖被本地脈沖取樣產生和頻脈沖,再與讀取脈沖干涉,得到射頻干涉圖。對比典型的CCS干涉圖和DCS干涉圖可知:DCS干涉圖的基線是延遲無關的,而CCS干涉圖的基線是延遲相關的。不過,時域基線的延遲相關性可以通過平衡檢測來消除

     

    非線性光學激光加工技術中紅外交叉光梳光譜切割技術的測量,測量結果具有較高的信噪比和品質因數。

    圖1(a)為CCS的原理圖。中紅外目標光梳(包含光譜信息)與本地近紅外光梳通過二者之間的和頻被上轉換到近紅外波段;近紅外和頻光梳再與頻譜擴展后的本地光梳(讀取光梳)干涉,從而將中紅外波段的信息轉移到近紅外波段。如圖1(b-d)所示,同一目標梳齒產生的多個和頻梳齒與最近的讀取梳齒的距離相同,因此它們被映射到相同的射頻梳齒,從而建立起從中紅外域到射頻域的一一映射。對比有樣品和無樣品的結果,便可以得到樣品的光譜響應信息。

    圖1(e)為時域中的CCS。目標脈沖被本地脈沖取樣產生和頻脈沖,再與讀取脈沖干涉,得到射頻干涉圖。對比典型的CCS干涉圖和DCS干涉圖可知:DCS干涉圖的基線是延遲無關的,而CCS干涉圖的基線是延遲相關的。激光切割加工不過,時域基線的延遲相關性可以通過平衡檢測來消除。

    圖1 CCS的原理[1]

    圖2(a-c)對比了CCS與另外兩種上轉換方法的探測效率和帶寬。作者定義了一個功率增益函數G(ω),保持三種情況下G(ω)的帶寬相同,連續波和EOS方法對應的G(ω)的最大值和總面積均不及CCS,這意味著CCS的增益能力在三者中最強。另外,EOS情況的G(ω)與目標頻譜并不完全重疊,使得大部分帶寬沒有得到有效利用。

    比較CCS和DCS干涉圖中包含分子特征信息的自由感應衰減(free induction decay,FID)部分。如圖2(d)所示,DCS中的弱FID信號位于強背景之上,而 CCS中的FID信號并沒有額外的背景,說明CCS能夠以“無背景”的方式檢測FID,本質上不會像DCS一樣受到較高光功率導致的探測飽和度或相對強度噪聲帶來的限制。如圖2(e)所示,DCS中的背景占據了探測器動態范圍的很大一部分,導致FID的動態范圍很??;而CCS原則上可以利用探測器的全部動態范圍。

    圖2 短脈沖CCS與其他雙梳技術在檢測效率、帶寬、信噪比和動態范圍方面的對比[1]

    為了在實驗中驗證中紅外CCS,作者測量了大氣中的

     

    (4.25 μm附近)。圖3(a)為干涉圖截圖,圖3(b)為某一段干涉圖的放大圖,圖3(c)和圖3(d)分別為中心聚集部分和FID部分的放大圖。實驗測量得到的信噪比比最新的EOS工作多了四倍以上、上轉換效率比最近的連續波上轉換DCS工作高出兩個數量級以上。圖3(e)是對498個連續干涉圖進行傅里葉變換得到的頻域結果,無樣品情況下頻譜的平均信噪比為28.9。圖3(f)展示了分子吸收光譜的測量、理論和擬合結果。

    圖3 

     

    的CCS實驗結果[1]

    圖4對比了四種基于雙梳的中紅外光譜技術(DCS、連續波DCS、EOS和CCS)的基本原理和特點。實際上,CCS可被認為是頻率轉換雙光梳的一般形式。連續波DCS和EOS本質上是CCS的兩種特殊情況:前者是將本地光梳換成連續光,后者是用一個光梳同時發揮本地和讀取兩個光梳的作用。與直接的中紅外DCS相比,CCS不需要第二個中紅外光梳,也不需要中紅外探測器,規避了中紅外檢測器性能較差這一問題

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